CN103474043B - 一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法 - Google Patents

Abstract

一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法，导航系统的背光通过软件进行手动设置，也可以通过光感传感器进行控制，软件或光感传感器改变PWM的占空比，形成不同的LCD背光控制电压，产生不同的亮度，从而控制屏幕显示的亮度；导航软件通过获取LCD的亮度信息，在进行地图描画时，矢量图引擎会生成对应背光亮度的背景色，生成电子地图，LCD屏幕上的地图背景色能完全适应背光的亮度，使得显示内容更佳清晰。本发明的优点：降低了导航系统的操作复杂性，使得导航设备更加智能化，人性化。在驾驶过程中，不用担心因为LCD亮度过高导致双眼疲劳的问题，增加了驾驶过程中使用导航的舒适性和驾驶的安全性。

Description

一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法

技术领域

本发明涉及导航领域，特别涉及了一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法。

背景技术

矢量图：矢量图是计算机根据几何特性来绘制的图形。

PWM：“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制。

占空比：脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。

LCD：”LiquidCrystalDisplay”的缩写，即液晶显示器。

D/A转换：把数字信号转为模拟信号。

Gamma：其亮度与输入电压的非线性关系。

色相：色彩的属性之一，用来区分不同色彩。

随着导航技术的不断发展，导航终端的使用率越来越高，已经成为人们驾驶必不可少的辅助工具。汽车导航系统朝着智能化，人性化的方向发展。同时人们对软件展示内容和交互性要求也越来越高。

现代导航系统的硬件和软件都支持一些个性化设置的功能。比如屏幕的亮度，导航软件地图背景色，地图主题色等。

导航系统通过读取地图数据库，解析地图数据模型后，使用矢量图形引擎对地图进行实时绘制，最后把绘制内容显示到终端的屏幕上。导航系统的结构框架如图1所示。

导航系统能够实时的把所在位置地图显示在设备的屏幕上，过程包括从硬件介质中读取地图数据，例如SD卡，NANDFlash等，同时根据通过GPS单元获取到的位置信息或者用户手动设定的位置信息查询地图数据库中获取地图模型数据。通过解析地图数据，绘制成地图。

导航系统需要把所在位置区域的地图实时的绘制到硬件的屏幕上。地图绘制方式可分为位图显示方式和矢量图方式。位图绘制的地图为若干图片拼接组成，地图为了适应不同的硬件分辨率，需要使用多组图片，同时地图的不同比例尺也需要使用对应大小的图片。导致位图地图数据占用较大空间。由于嵌入式导航设备的存储空间比较小，目前导航系统多数采用矢量图地图绘制方式。矢量图可以做到方便设置地图背景色，地图主题等特点，同时占用空间非常小。而且随着硬件的不断发展，硬件的集成度越来越高。越来越多的处理器支持2D加速单元以及浮点运算单元，使得矢量图绘制速度不断增加，精度越来越高，同时图像的质量也越来越好。

导航系统的显示计算与控制部分相关硬件包括2D加速单元，浮点单元，LCD控制器，LCD驱动电路，LCD屏幕构成，如图2所示。

CPU：负责矢量描画过程中的计算和外围设备控制工作，从地图模型数据中解析出来矢量数据，在显示过程中，控制LCD控制器和背光亮度。

2D加速单元：负责配合CPU，完成描画工作，可以直接协助CPU通过硬件进行画点，线等图形，分担CPU负担，加快描画速度。

浮点单元：负责浮点运算。在矢量图描画过程中，会涉及到许多数学运算，而其中大多数都是浮点运算。由于考虑到成本等因素，大多数CPU本身只支持定点运算指令，而数学中浮点运算是通过一系列定点运算进行模拟的。这样导致CPU在浮点运算过程中开销特别大，需要多个指令周期才能完成一次浮点运算。而浮点单元可以直接通过硬件对浮点运算进行支持，加快矢量图绘制过程的速度。

LCD控制器：负责控制LCD设备，通过外设信号线把描画好的数字信号内容输出到LCD驱动电路上。

PWM单元：产生脉冲调制信号，通过占空比来控制LCD背光灯的供电电压，从而可以控制屏幕亮度。

LCD驱动电路：进行升压，驱动LCD背光灯，PWM脉冲信号通过积分电路转换为平滑的控制电压。同时把输入的数字图像信号通过D/A转换，产生对应驱动每个像素的不同电压值，点亮LCD像素。

发明内容

本发明的目的是为了自动调整背景颜色，特提供了一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法。

本发明提供了一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法，其特征在于：根据屏幕亮度调整导航地图色的方法为，导航系统的背光通过软件进行手动设置，也可以通过光感传感器进行控制，软件或光感传感器改变PWM的占空比，形成不同的LCD背光控制电压，产生不同的亮度，从而控制屏幕显示的亮度；

导航软件通过获取LCD的亮度信息，在进行地图描画时，矢量图引擎会生成对应背光亮度的背景色，生成电子地图，LCD屏幕上的地图背景色能完全适应背光的亮度，使得显示内容更佳清晰；

地图数据：地图模型数据，包含道路基本信息和矢量图形信息，引导信息等，导航系统通过地图数据绘制地图；

配置数据：包含用户信息，配置信息保存等，使得导航系统在掉电的情况下，配置信息也不会丢失，下次再次使用仍然应用先前的配置；

硬件设备：汽车导航作为典型的嵌入式设备，由CPU,RAM,ROM和外围设备构成；外围设备包括LCD屏幕，传感器等输入输出设备；

操作系统和设备驱动：操作系统提供了硬件管理，任务调度，内存管理等功能；设备驱动则提供了硬件操作的软件接口；

地图解析模块：地图模型数据以一定格式存储在硬件介质内，从地图模型数据中获取地图的矢量图信息，引导信息等；

导航业务层：主要包含GPS定位，最优路线计算，路线引导等功能；

矢量图描画引擎：负责把地图模型数据中的矢量数据绘制出来；提供了基本的画点，线，多边形等功能，同时为了显示效果更佳好，还支持抗锯齿等运算，矢量图旋转等功能；

UI：为导航提供了交互的接口，包括软件界面的基本控件，事件处理，触摸屏手势识别功能，图像显示等功能；

根据不同的LCD背光控制电压，产生不同的亮度，从而控制屏幕显示的亮度，具体为：导航软件都支持用户个性化设置功能，其中包括LCD亮度和地图颜色的设置；LCD背光控制可以分为自动控制和手动控制两种模式；自动控制通过光感传感器进行控制，手动控制通过软件进行设置；

光感传感器可以通过光线强度控制LCD亮度，可以更好的节省屏幕的功耗，同时使显示效果更加清晰；光感传感器可以感知环境光线强弱的变化，通过光照强度不同，产生不同的电压；电压作为连续的模拟量，通过ADC单元把模拟的电压信号进行数字编码，转换为数字信号；实际上，传感器在使用过程中，往往会受到外界环境干扰，导致获取到的结果会包含“噪声”；在转为数信号时，噪声也被引入，使得获取结果失真；包含噪声的数字信号传给软件滤波模块，使得噪声被抑制，同时更多的还原有用的信号。

手动通过软件设置亮度原理比较简单，通过软件界面提供LCD控制的控件完成控制LCD亮度的功能；控件通过事件把设置亮度数据传入数据管理层；为了保证系统掉电后，LCD亮度不丢失，数据管理层把亮度保存在数据库内；下一次软件重新启动，数据管理层自动从数据库读取亮度数据，作为默认LCD亮度；

由于经过滤波的光线强度信号或者手动设置的LCD亮度数据是成线性的，而人类视觉对亮度的感觉却是非线性的，而是接近对数曲线；如果直接使用对LCD背光进行控制，会出现LCD亮度不自然的现象，影响LCD显示效果；软件中Gamma校正模通过输入信号，产生非线性的LCD亮度控制值；为了加快处理速度，Gamma校正采用查询法实现；在数据库中保存设置LCD亮度的满足Gamma曲线亮度控制值列，Gamma校正模块通过输入的光线强度信号或者亮度调节信息，查找对应的亮度控制值；

Gamma校正模块读取到满足Gamma曲线的亮度值后，传输给PWM模块；PWM模块改变PWM信号占空比，从而改变高电平在波形里的比例；PWM信号输出给LCD驱动电路，经过积分电路转换为不同的控制电压，从而改变通过LCD背光灯电流的大小，实现控制屏幕亮度的功能；矢量图描画引起会从Gamma校正模块获取亮度控制值；矢量图引擎首先读取从地图数据解析出的矢量数据，再读取矢量图引擎根据亮度控制值对绘制地图的背景色的色相进行控制；在地图描画过程中，地图的各要素是在地图数据中描述的，包括道路，河流，地点名称等信息；地图解析模块解析出地图描画中需要的矢量数据，包括点，线，面基本信息；这些信息为了更加直观的显示给用户，还需要进行着色，以区分地图上不同的元素；地图中个别元素支持用户自定义，包括路网颜色，地图背景色等；部分元素的配色方案保存在系统配置数据库中；如果导航软件默认开启自动调节地图背景色功能，则矢量图描画引擎根据亮度信息自动对地图背景进行着色；根据亮度曲线，矢量图描画引擎会根据亮度的不同选择不同的地图背景色；颜色根据亮度阈值进行选择，可以保证地图色和亮度完全匹配，显示效果更佳好，同时不刺眼；例如在夜间行驶，屏幕亮度需要调低，而导航地图色会根据屏幕亮度变暗，选择更佳柔和的颜色。

本发明的优点：

目前导航系统的用户个性化设置往往是孤立的，并不能很好的配合硬件自动完成。导航地图背景色的设置往往通过时间控制或者是手动控制，并未考虑屏幕显示的亮度问题。增加了操作的复杂性，也不够人性化。用户在驾驶过程中，导航界面背景色可能并不配合屏幕显示亮度，影响对导航的地图显示的清晰度。导航系统的地图显示清晰度直接影响了行驶路线的准确性和驾驶的安全性。通过屏幕亮度自动调整地图色，可以充分根据屏幕的亮度，来计算最合适的背景颜色，做到操作简单，同时保证地图显示的清晰度。本功能也降低了导航系统的操作复杂性，使得导航设备更加智能化，人性化。在驾驶过程中，不用担心因为LCD亮度过高导致双眼疲劳的问题，增加了驾驶过程中使用导航的舒适性和驾驶的安全性。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为导航系统地图显示框架示意图；

图2为导航系统的显示计算与控制部分相关硬件示意图；

图3为导航地图显示功能框架图；

图4为导航系统地图显示部分构成示意图；

图5为根据屏幕亮度控制地图背景色原理示意图；

图6为根据屏幕亮度设置地图背景色流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法，其特征在于：根据屏幕亮度调整导航地图色的方法为，导航系统的背光通过软件进行手动设置，也可以通过光感传感器进行控制，软件或光感传感器改变PWM的占空比，形成不同的LCD背光控制电压，产生不同的亮度，从而控制屏幕显示的亮度；

导航软件通过获取LCD的亮度信息，在进行地图描画时，矢量图引擎会生成对应背光亮度的背景色，生成电子地图，LCD屏幕上的地图背景色能完全适应背光的亮度，使得显示内容更佳清晰；

地图数据：地图模型数据，包含道路基本信息和矢量图形信息，引导信息等，导航系统通过地图数据绘制地图；

配置数据：包含用户信息，配置信息保存等，使得导航系统在掉电的情况下，配置信息也不会丢失，下次再次使用仍然应用先前的配置；

硬件设备：汽车导航作为典型的嵌入式设备，由CPU,RAM,ROM和外围设备构成；外围设备包括LCD屏幕，传感器等输入输出设备；

操作系统和设备驱动：操作系统提供了硬件管理，任务调度，内存管理等功能；设备驱动则提供了硬件操作的软件接口；

地图解析模块：地图模型数据以一定格式存储在硬件介质内，从地图模型数据中获取地图的矢量图信息，引导信息等；

导航业务层：主要包含GPS定位，最优路线计算，路线引导等功能；

矢量图描画引擎：负责把地图模型数据中的矢量数据绘制出来；提供了基本的画点，线，多边形等功能，同时为了显示效果更佳好，还支持抗锯齿等运算，矢量图旋转等功能；

UI：为导航提供了交互的接口，包括软件界面的基本控件，事件处理，触摸屏手势识别功能，图像显示等功能；

根据不同的LCD背光控制电压，产生不同的亮度，从而控制屏幕显示的亮度，具体为：导航软件都支持用户个性化设置功能，其中包括LCD亮度和地图颜色的设置；LCD背光控制可以分为自动控制和手动控制两种模式；自动控制通过光感传感器进行控制，手动控制通过软件进行设置；

光感传感器可以通过光线强度控制LCD亮度，可以更好的节省屏幕的功耗，同时使显示效果更加清晰；光感传感器可以感知环境光线强弱的变化，通过光照强度不同，产生不同的电压；电压作为连续的模拟量，通过ADC单元把模拟的电压信号进行数字编码，转换为数字信号；实际上，传感器在使用过程中，往往会受到外界环境干扰，导致获取到的结果会包含“噪声”；在转为数信号时，噪声也被引入，使得获取结果失真；包含噪声的数字信号传给软件滤波模块，使得噪声被抑制，同时更多的还原有用的信号；

手动通过软件设置亮度原理比较简单，通过软件界面提供LCD控制的控件完成控制LCD亮度的功能；控件通过事件把设置亮度数据传入数据管理层；为了保证系统掉电后，LCD亮度不丢失，数据管理层把亮度保存在数据库内；下一次软件重新启动，数据管理层自动从数据库读取亮度数据，作为默认LCD亮度；

由于经过滤波的光线强度信号或者手动设置的LCD亮度数据是成线性的，而人类视觉对亮度的感觉却是非线性的，而是接近对数曲线；如果直接使用对LCD背光进行控制，会出现LCD亮度不自然的现象，影响LCD显示效果；软件中Gamma校正模通过输入信号，产生非线性的LCD亮度控制值；为了加快处理速度，Gamma校正采用查询法实现；在数据库中保存设置LCD亮度的满足Gamma曲线亮度控制值列，Gamma校正模块通过输入的光线强度信号或者亮度调节信息，查找对应的亮度控制值；

Gamma校正模块读取到满足Gamma曲线的亮度值后，传输给PWM模块；PWM模块改变PWM信号占空比，从而改变高电平在波形里的比例；PWM信号输出给LCD驱动电路，经过积分电路转换为不同的控制电压，从而改变通过LCD背光灯电流的大小，实现控制屏幕亮度的功能；矢量图描画引起会从Gamma校正模块获取亮度控制值；矢量图引擎首先读取从地图数据解析出的矢量数据，再读取矢量图引擎根据亮度控制值对绘制地图的背景色的色相进行控制；在地图描画过程中，地图的各要素是在地图数据中描述的，包括道路，河流，地点名称等信息；地图解析模块解析出地图描画中需要的矢量数据，包括点，线，面基本信息；这些信息为了更加直观的显示给用户，还需要进行着色，以区分地图上不同的元素；地图中个别元素支持用户自定义，包括路网颜色，地图背景色等；部分元素的配色方案保存在系统配置数据库中；如果导航软件默认开启自动调节地图背景色功能，则矢量图描画引擎根据亮度信息自动对地图背景进行着色；根据亮度曲线，矢量图描画引擎会根据亮度的不同选择不同的地图背景色；颜色根据亮度阈值进行选择，可以保证地图色和亮度完全匹配，显示效果更佳好，同时不刺眼；例如在夜间行驶，屏幕亮度需要调低，而导航地图色会根据屏幕亮度变暗，选择更佳柔和的颜色。

Claims (2)

1.一种根据屏幕亮度调整导航地图色的方法，其特征在于：根据屏幕亮度调整导航地图色的方法为，导航系统的背光通过软件进行手动设置或通过光感传感器进行控制，软件或光感传感器改变PWM的占空比，形成不同的LCD背光控制电压，产生不同的亮度，从而控制屏幕显示的亮度；

软件通过获取LCD的亮度信息，在进行地图描画时，矢量图描画引擎会生成对应背光亮度的背景色，生成电子地图，LCD屏幕上的地图背景色能完全适应背光的亮度，使得显示内容更加清晰；

地图数据：包含道路基本信息、矢量图形信息、引导信息，导航系统通过地图数据绘制地图；

配置数据：包含用户信息、配置信息，当导航系统掉电时，保存配置信息，再次使用时应用保存的配置信息；

硬件设备：汽车导航作为典型的嵌入式设备，由CPU、RAM、ROM和外围设备构成；外围设备包括LCD屏幕、光感传感器；

操作系统和设备驱动：操作系统提供了硬件管理、任务调度、内存管理功能；设备驱动则提供了硬件操作的软件接口；

地图解析模块：地图数据以一定格式存储在硬件介质内，从地图数据中获取地图的矢量图信息、引导信息；

导航业务层：包括GPS定位、最优路线计算、路线引导功能；

矢量图描画引擎：负责把地图数据中的矢量数据绘制出来；提供了基本的画点、线、多边形功能，同时为了显示效果更加好，还支持抗锯齿运算、矢量图旋转功能；

UI：为导航提供了交互的接口，包括软件界面的基本控件、事件处理、触摸屏手势识别功能、图像显示功能；

软件中Gamma校正模块通过输入信号，产生非线性的LCD亮度控制值；矢量图描画引擎会从Gamma校正模块获取亮度控制值；矢量图描画引擎首先读取从地图数据解析出的矢量数据，再根据亮度控制值对绘制地图的背景色的色相进行控制；在地图描画过程中，地图的各要素是在地图数据中描述的，包括道路、河流、地点名称信息；地图解析模块解析出地图描画中需要的矢量数据，包括点、线、面基本信息；这些信息为了更加直观的显示给用户，还需要进行着色，以区分地图上不同的元素；地图中个别元素支持用户自定义，包括路网颜色、地图背景色；部分元素的配色方案保存在系统配置数据库中；如果软件默认开启自动调节地图背景色功能，则矢量图描画引擎根据亮度信息自动对地图背景进行着色；根据亮度曲线，矢量图描画引擎会根据亮度的不同选择不同的地图背景色；颜色根据亮度阈值进行选择，保证地图色和亮度完全匹配，显示效果更加好，同时不刺眼。

2.按照权利要求1所述的根据屏幕亮度调整导航地图色的方法，其特征在于：根据不同的LCD背光控制电压，产生不同的亮度，从而控制屏幕显示的亮度，具体为：软件都支持用户个性化设置功能，其中包括LCD亮度和地图颜色的设置；LCD背光控制分为自动控制和手动控制两种模式；自动控制通过光感传感器进行控制，手动控制通过软件进行设置；

光感传感器通过光线强度控制LCD亮度，更好的节省屏幕的功耗，同时使显示效果更加清晰；光感传感器感知环境光线强弱的变化，通过光照强度不同，产生不同的电压；电压作为连续的模拟量，通过ADC单元把模拟的电压信号进行数字编码，转换为数字信号；实际上，光感传感器在使用过程中，往往会受到外界环境干扰，导致获取到的结果会包含“噪声”；在转为数字信号时，噪声也被引入，使得获取结果失真；包含噪声的数字信号传给软件滤波模块，使得噪声被抑制，同时更多的还原有用的信号；

手动通过软件设置亮度原理比较简单，通过软件界面提供LCD控制的控件完成控制LCD亮度的功能；控件通过事件把设置亮度数据传入数据管理层；为了保证系统掉电后，LCD亮度不丢失，数据管理层把亮度保存在数据库内；下一次软件重新启动，数据管理层自动从数据库读取亮度数据，作为默认LCD亮度；

由于经过滤波的光线强度信号或者手动设置的LCD亮度数据是成线性的，而人类视觉对亮度的感觉却是非线性的，而是接近对数曲线；如果直接使用对LCD背光进行控制，会出现LCD亮度不自然的现象，影响LCD显示效果；为了加快处理速度，Gamma校正模块采用查询法实现；在数据库中保存设置LCD亮度的满足Gamma曲线亮度控制值列，Gamma校正模块通过输入的光线强度信号或者亮度调节信息，查找对应的亮度控制值；

Gamma校正模块读取到满足Gamma曲线的亮度值后，传输给PWM模块；PWM模块改变PWM信号占空比，从而改变高电平在波形里的比例；PWM信号输出给LCD驱动电路，经过积分电路转换为不同的控制电压，从而改变通过LCD背光灯电流的大小，实现控制屏幕亮度的功能；当在夜间行驶时，屏幕亮度需要调低，而导航地图色会根据屏幕亮度变暗，选择更加柔和的颜色。